בשער-קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער בפייסבוק - קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל בשער - קהילה אקדמית למען החברה בישראל
דף הבית   |   על בשער   |   פעילויות בשער   |   ספר אורחים   |   צור קשר      רשימת תפוצה
 
 
 > שלח שאלה למומחה
 
 
 
     כל התחומים
     
     
     
     
     
     
     
     אסטרופיזיקה
     הנדסת חשמל
     הנדסת מזון
     כימיה
     פרקינסון
     קרקע ומים
     ננוטכנולוגיה
     הנדסה
     מדעי המחשב
     כימיה
     ביולוגיה
     פיזיקה
     רפואה
     מתמטיקה
     מדעי הסביבה
     גיאוגרפיה
     מוט"ב
     הוראת המדעים
     אזרחות
     כלכלה
     היסטוריה
     משפטים
     פסיכולוגיה
     תנ"ך
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 > בשער האזרחות
 
 
 > הרצאות מומחים ברשת
 
 
 > רשימת תפוצה
 
 > חתום בספר האורחים
 
 > כניסה לשואלים רשומים
 
 
 > English
 
שאלה מספר 3387 - מדידת רדיוסו של חור שחור תאריך: 16/03/2008
תחומי דעת:  פיזיקה  , מדעי כדור הארץ והיקום [ גיאוגרפיה ]  

שלום!


בספרו של מיקיו קאקו על עולמו של איינשטיין מסופר על גילויים של קוסמולוגים ופיזיקאים שטוען כך:מסתו של חור שחור נמצא ביחס ישר לרדיוסו, מכאן שאם אתה יודע את מסתו של החור עולה בידך האפשרות לחשב את רדיוסו ומכך-ההפך.


אני אודה מאוד למי שיוכל להסביר לי איך זה הגיוני שאפשר להמציא משפט מתמטי כזה על סמך משהו תאורטי, הרי אותם המדענים לא ראו חור שחור. איך הם יצרו יש מאין? האם זה מעיד על אמינות המשפט?.

תשובה מאת:  עמר ברומברג
   


לכותב היקר שלום


שאלה יפה,

קודם כל בוא נבין מהו חור שחור.


בכל גוף מורכב בטבע הנמצא בשווי משקל יציב, קיים איזון בין הכוחות שפועלים עליו, כך שס"כ הכוחות מתאפס. משפט זה פשוט מבטא את החוק השני של ניוטון.

בין כל הכוחות שפועלים על הגוף קיימים גם כוחות משיכה בין החלקיקים שמרכיבים את הגוף, כוחות אלה נקראים כוחות משיכה עצמית. הסכום של כל כוחות המשיכה העצמית יוצר תמיד לחץ פנימה שמנסה לגרום לגוף לקרוס לתוך עצמו.

בגופים קטנים כוחות המשיכה העצמית זניחים יחסית לכוחות האחרים הפעלים כגון הכוחות החשמליים הפועלים בין האטומים והמולקולות בחומר. לכן הם אינם משפיעים על צורת הגוף.

בגופים גדולים יש מספיק חומר על מנת שכח המשיכה העצמית ישפיע על צורת הגוף, לכן גופים סלעיים ברדיוס הגדול מ-100 ק"מ בחלל מקבלים צורה כדורית.


בשמש שלנו שני הכוחות העיקריים שמשחקים תפקיד בקביעת צורתה הם כח המשיכה העצמית המעוניין לכווץ את השמש, ולחץ החוצה שנגרם מהאנרגיה המשתחררת כתוצאה מההיתוך הגרעיני של מימן להליום בליבה. כוחות אלה מאזנים אחד את השני ומובילים לכך שהשמש תהיה יציבה.

כאשר יגמר המימן בליבה, לא יהיה מה שיתנגד לקריסה והליבה תתחיל לקרוס לתוך עצמה. עד מתי? עד שהצפיפות והטמפרטורה בליבה יגיעו לרמה שתאפשר היתוך של הליום לפחמן וחמצן ושוב נקבל יציבות לזמן מה. לבסוף גם ההליום יגמר, הליבה שוב תקרוס, הצפיפות תעלה עד שיופיע גורם לחץ חדש שיאזן את המשיכה העצמית – לחץ של האלקטרונים עצמם הנובע ממכניקת הקוונטים. הליבה תהפוך לננס לבן, כוכב במסה של כחצי מסת שמש וגודלו כשל כ"א. ננסים לבנים ניצפו בסביבה של כמה מאות שנות אור מהשמש, וזוהו על פי הקרינה שהם פולטים.


בכוכב מאסיבי יותר מהשמש (בעל מסה התחלתית של מעל 8 מסות שמש), הליבה גדולה וכבדה יותר. לכן הכבידה העצמית חזקה יותר, מה שמוליך לצפיפות גבוהה. דבר זה מאפשר המשך היתוך של הפחמן והחמצן לסיליקון ולחומרים כבדים יותר עד ברזל. ברזל הוא היסוד הכבד ביותר בטבלה המחזורית שהיתוך שלו לחומר כבד יותר משחרר אנרגיה. מעבר לברזל היתוך עולה יותר אנרגיה מאשר מה שמשתחרר לכן היתוך כזה לא יוצר לחץ החוצה. ליבת הברזל קורסת אם כן, עד שהיא מגיעה במרכזה לצפיפות הדומה לצפיפות בגרעין האטום. בצפיפות זו כוחות קוונטים בין הנויטרונים והפרוטונים ומתנגדים להגדלת הצפיפות חזקים מספיק כדי לעצור את הקריסה. כוכב כזה בצפיפות של גרעין אטום נקרא כוכב נויטרונים.

לכוכב נויטרונים במסה של שמש אחת, יש רדיוס של כ-10 ק"מ.

לכוכבי נויטרונים מאפיינים יחודיים הנובעים מהתנאים הקיצוניים ששוררים על פני השטח שלהם (למשל כפית חומר של כוכב נויטרונים משקלה כמשקל הר ממוצע על כ"א!!!). ניתן לזהות כוכבי נויטרונים בשמיים על פי פליטות אור היחודיות לתנאים ששוררים על פני השטח שלהם. למשל אם לכוכב הנויטרונים יש בן לוויה כוכב רגיל, ובן הלוויה נמצא קרוב מספיק על מנת שגז יספח ממנו על פני כוכב הנויטרונים, הגז הנספח יצור דיסקת ספיחה חמה מאוד סביב הכוכב שפולטת קרינה בתחום ה-רנטגן. זוגות כאלה נצפו בשמיים והמסה של כוכבי הנוירונים של ניתנת להערכה. דוגמה נוספת היא סוג מסוים של כוכבי נויטרונים הנקראים פולסרים.


אם הליבה של הכוכב מאסיבית עוד יותר, לא יהיה דבר שיעצור את הקריסה תחת הכבידה העצמית והליבה תקרוס לנקודה בעלת גודל לא ידוע הנקראת "יחודיות". התנאים הפיזיקלים על אותה יחודיות אינם ידועים, מכיוון שהם כה קיצוניים עד שחוקי הפיזיקה שאנו מכירים כיום אינם תקפים שם. סביב היחודיות קיימת מעטפת כדורית דמיונית בעלת רדיוס שהוא מתכונתי למסה שקרסה ליחודיות (ככל שהמסה של היחודיות גדולה יותר רדיוס המעטפת גדל). מעטפת זו נקראת "אופק אירועים". כל מה שחודר לתוך המעטפת הזו לעולם לא יוכל לברוח החוצה, אפילו אור. מכיוון שלא ניתן לראות שום דבר שנפלט מאותה מעטפת, ה-"גוף" שכלוא בתוך אופק האירועים נקרא חור שחור, ורדיוס אופק האירועים מוגדר בד"כ כרדיוס החור השחור.



כעת לשאלתך, כיצד אנו יודעים מהו רדיוסו של חור שחור, אם מעולם לא נצפה אחד כזה?

כמו בכל מצב בו קיימת תאוריה אותה אנו רוצים לאשר או לסטור אנו צריכים לבחון את העדויות העומדות בפנינו. קיימות עדויות ישירות ועדויות עקיפות, הנה שתי דוגמאות לשני סוגי העדויות:

א. עדות עקיפה: התנאים הפיזיקלים בחורים שחורים (פרט ליחודיות עצמה), וסביבם נקבעים מתוך תורת היחסות הכללית. תורה זו נבחנה מספר רב של פעמים על כ"א ובתצפיות בחלל, כולל על כוכבי נויטרונים, ועד היום לא ידוע על ניסוי אמין שסוטר אותה. מתוך תורה זו ניתן להוציא ניבויים לגבי הקרינה שתיפלט מחומר הנספח לחור שחור. דפוסי קרינה כאילו נצפו בכמה מקרים של זוגות כוכבים, כאשר אחד מבני הזוג, החשוד כחור שחור, סופח חומר מבן זוגו. אם רדיוס החור השחור היה גדול יותר, הדבר היה מצריך שינוי בחוקים של תורת היחסות הכללית ולדפוסי קרינה אחרים ממה שאנו רואים בזוגות ומכוכבי הנויטרונים שאנו רואים.

ב. עדות ישירה: תצפיות על מרכז הגלקסיה שלנו הראו כוכבים שמסתובבים סביב נקודה מרכזית במהירויות אדירות של כמה אלפי ק"מ לשניה. ומגיעים למרחק של עד כ-17 שעות אור מהמרכז (פי 3 מהמרחק של פלוטו מהשמש). מתוך מהירות הסיבוב והמרחק מהמרכז ניתן לדעת את מסת העצם המרכזי המושך את הכוכבים. המסה שחושבה היא של כ-2 מליון מסות שמש. עצם בעל מסה כזו בנפח כה קטן שאינו נראה בשום אורך גל יכול להיות רק חור שחור. רדיוס אופק האירועים של חור שחור כזה צריך להיות כ-1/4 דקת אור (פי 10 מהרדיוס של השמש). אמנם יש הבדל של כמה וכמה סידרי גודל אבל עדיין זה מראה לנו שבמרכז הגלקסיה יש עצם שמסתו כ-2 מליון מסות שמש וגודלו קטן מגודל מערכת השמש.


בכל מקרה הנקודה העיקרית כאן היא שאכן לא ניתן לראות חור שחור בגלל גודלו הקטן והעובדה שחור שחור בודד לא פולט קרינה. לכן כל שנותר לנו לבחון זה את ההשפעות שיש לחור השחור על הסביבה שלו, אם בצורה של השפעה גרביטציונית (כמו בדוגמה ב) או דרך ההשפעה על חומר הנספח לחור השחור, חומר שיכול לקרון ולגלות לנו דרך דפוס הקרינה מהם התנאים הפיזיקלים באזור בו החומר קיים (דוגמה א). כל אחת מהעדויות הללו, תיתן תוצאות שונות אם רדיוס אופק הארועים ישתנה (מכיוון שאז יהיה צורך לשנות חלק מתורת היחסות הכללית בהתאם, כדי לא לקבל סטירה).


אני מקווה שזה ענה לך על שאלתך + קצת תוספות


בברכה


עמר ברומברג

דוקטורנט לאסטרופיזיקה

אוניברסיטת ת"א


הוסף תגובה הדפס שאלה      שלח לחבר      שאלות מועדפות
שלח שאלה למומחה   |   שמור כדף הבית   |   הוסף למועדפים   |   תנאי שימוש באתר   |   Powered By Art-Up